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<title>3.1 单周期CPU设计模型 | pansis.io</title>
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        <meta name="description" content="一、CPU开发过程概述
1、步骤

分析每条指令的RTL，梳理和总结出数据通路的设计需求
选择恰当的数据通路功能部件
组装数据通路根据指令RLT，分析并建立功能部件间的正确连接关系
根据指令RTL，分析功能部件应执行的功能，反推相应的控制信..." />
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        <meta property="og:description" content="一、CPU开发过程概述
1、步骤

分析每条指令的RTL，梳理和总结出数据通路的设计需求
选择恰当的数据通路功能部件
组装数据通路根据指令RLT，分析并建立功能部件间的正确连接关系
根据指令RTL，分析功能部件应执行的功能，反推相应的控制信...">
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        <meta name="twitter:description" content="一、CPU开发过程概述
1、步骤

分析每条指令的RTL，梳理和总结出数据通路的设计需求
选择恰当的数据通路功能部件
组装数据通路根据指令RLT，分析并建立功能部件间的正确连接关系
根据指令RTL，分析功能部件应执行的功能，反推相应的控制信...">
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                                <h2>
                                    3.1 单周期CPU设计模型
                                </h2>
                                <span class="article-info">
                                    2024-04-05, 490 words, 2 min read
                                </span>
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                                        <h2 id="一-cpu开发过程概述">一、CPU开发过程概述</h2>
<h4 id="1-步骤">1、步骤</h4>
<ol>
<li>分析每条指令的RTL，梳理和总结出数据通路的设计需求</li>
<li>选择恰当的数据通路功能部件</li>
<li>组装数据通路根据指令RLT，分析并建立功能部件间的正确连接关系</li>
<li>根据指令RTL，分析功能部件应执行的功能，反推相应的控制信号取值</li>
<li>生成控制器
<ul>
<li>构造控制信号真值表，然后推导出控制信号的最简表达式</li>
<li>根据最简表达式构造门电路</li>
</ul>
</li>
</ol>
<h2 id="二-单周期cpu设计模型">二、单周期CPU设计模型</h2>
<h4 id="1-指令集功能需求">1、指令集功能需求</h4>
<img src="http://cos.pansis.site/202404012121637.png/abc123" alt="image-20240401212119728" style="zoom:50%;" />
<ul>
<li>存储器(MEM)
<ul>
<li>指令存储器只有读取数据（取指令）</li>
<li>数据存储器既有读取数据又有写入数据</li>
</ul>
</li>
<li>寄存器堆(32个32位寄存器)
<ul>
<li>能同时读出rs和rt两个寄存器</li>
<li>可以写数据至rt或rd寄存器</li>
</ul>
</li>
<li>PC</li>
<li>下一条指令地址的计算单元 NPC</li>
<li>扩展立即数：符号/零扩展</li>
<li>执行运算的计算单元
<ul>
<li>Add/Sub/OR</li>
<li>如何执行beq的比较操作？</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h4 id="2-数据通路的抽象模型">2、数据通路的抽象模型</h4>
<img src="http://cos.pansis.site/202404012122934.png/abc123" alt="image-20240401212224871" style="zoom:50%;" />
<h2 id="三-数据通路">三、数据通路</h2>
<h4 id="1-取指令">1、取指令</h4>
<p>功能1：PC驱动IM输出指令</p>
<p>功能2：PC驱动NPC计算下一个PC值</p>
<h4 id="2-译码读操作数">2、译码/读操作数</h4>
<p>功能1：IM驱动控制器（图中未画）分析指令的opcode和funct域</p>
<p>功能2：IM驱动RF读出2个寄存器值</p>
<h4 id="3-执行">3、执行</h4>
<p>RF输出的寄存器值驱动ALU完成相应的计算</p>
<ul>
<li>算数运算(+，-，*，/)，移位，逻辑(&amp;,|)，比较(slt,==)</li>
<li>承担计算lw和sw的地址</li>
</ul>
<h4 id="4-访存">4、访存</h4>
<ul>
<li>lw：DM输入地址后，就输出数据</li>
<li>sw：DM有2个输入，地址&amp;要写入的数据</li>
<li>只有lw和sw指令在该环节有实际操作，其他指令不涉及该环节</li>
</ul>
<h4 id="5-回写">5、回写</h4>
<ul>
<li>操作：写ALU计算结果或数据存储器读出的数据至寄存器堆</li>
<li>beq、jal、jr、sw不涉及该环节</li>
</ul>
<br />
                                            
                                </p>
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                                                        计算机组成原理
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